一、地下水重金屬污染概況
1.1 重金屬污染 >
地下水重金屬污染可以分為兩類(lèi)，即天然因素和人為因素。其中，天然因素主要是土母質(zhì)、火山活動(dòng)、森林火災(zāi)等自然問(wèn)題;人為因素主要包括采礦與冶煉、化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等，大體上可以劃分為采礦與冶煉、大氣沉降、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、污染灌溉五大類(lèi)。
1.2 污染特點(diǎn)
地下水重金屬污染造成的問(wèn)題十分嚴(yán)重，從有毒性、生物危害性等方面來(lái)看，重金屬污染的特點(diǎn)有難以降解、毒性范圍廣、可持續(xù)性強(qiáng)、具有生物富集性、累積危害性大等。
1.3 存在形態(tài)
地下水中的重金屬大體上可以分為兩種形態(tài)，即溶解態(tài)和顆粒態(tài)，例如采用0.45μm濾膜過(guò)濾水樣，過(guò)濾中的水體就是溶解態(tài)，原樣水中沒(méi)有過(guò)濾掉的就是顆粒態(tài)，包括存在于懸移質(zhì)中的懸移態(tài)和存在表層沉積物的沉寂態(tài)。不同的形態(tài)其遷移性質(zhì)也有所差異。其中，顆粒態(tài)重金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，形態(tài)性質(zhì)也有所差異。
二、造成地下水各種重金屬污染的主要原因
現(xiàn)階段，地下水污染現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，出現(xiàn)這些的原因主要是工業(yè)污染。不同重金屬均有不同的產(chǎn)生成因，具體介紹如下。
2.1 汞污染的形成原因
汞是一種金屬元素，一般稱(chēng)之為水銀，其元素符號(hào)常用Hg表示，多以銀白色的重質(zhì)液體為代表，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中極具工業(yè)價(jià)值。但是汞也會(huì)不斷形成汞廢水或者汞廢渣，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生很多含汞氣體，無(wú)論是液體、氣體還是固體，如果采用不合理的處理方法就會(huì)流入大自然中，比如土壤、河流中，對(duì)地下深層的地下水造成非常嚴(yán)重的影響。根據(jù)調(diào)查，很多時(shí)候許多化肥企業(yè)在加工化肥時(shí)添加少量的汞元素，將化肥放入農(nóng)作物后，會(huì)產(chǎn)生較大的汞污染，成為形成地下水汞污染的一種原因。根據(jù)國(guó)家的相關(guān)汞排放標(biāo)準(zhǔn)，如果在某個(gè)地下區(qū)域內(nèi)部的汞含量小于等于0.001mg/L，則代表該區(qū)域地下水可以供人們正常引用，還可用來(lái)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)等。但是實(shí)際上，現(xiàn)階段許多區(qū)域的汞含量早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 鎘污染的形成原因
鎘同樣是一種金屬元素，在自然界中以化合物的狀態(tài)存在。鎘的化學(xué)元素為Cd，由于其含量較低，在自然界中對(duì)人體并不會(huì)造成危險(xiǎn)，但是鎘如果與生物體進(jìn)行反應(yīng)會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。結(jié)合現(xiàn)階段的工業(yè)發(fā)展可看到，在工業(yè)生產(chǎn)中鎘元素的應(yīng)用非常多，鎘污染也比較多，導(dǎo)致地下水中鎘污染越來(lái)越嚴(yán)重。如果人體攝入鎘元素，非常容易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松與肌肉萎靡等癥狀，嚴(yán)重影響著人類(lèi)的身體健康。
2.3 鈉污染的形成原因
鈉的化學(xué)元素符號(hào)為Na，在自然界中分布十分廣泛，并且是人體所必需的金屬元素之一，也同樣是人體肌肉組織和神經(jīng)組織的重要組成部分。所以，很多時(shí)候攝取的鈉在正常范圍內(nèi)并不會(huì)對(duì)人體造成危險(xiǎn)。但是如果攝入鈉的量非常多，則極其容易發(fā)生人體中毒事件，患者會(huì)因鈉污染中毒而引起血壓升高、出現(xiàn)水腫，胃黏膜上皮細(xì)胞受到損害。而生物學(xué)認(rèn)為鈉的正常攝入量?jī)H為200mg/d，但是由于部分地下水中存在氰化鈉，許多專(zhuān)家與學(xué)者對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與研究時(shí)會(huì)出現(xiàn)鈉中毒事故。
2.4 錳污染的形成原因
錳是一種灰白色且具有一定光澤的金屬，錳在自然界的分布同樣十分廣泛，土壤中正常的含錳量大約為0.25%，屬于人體的一種必需微量元素。但是如果對(duì)錳元素的吸收超過(guò)一定量時(shí)，極容易導(dǎo)致出現(xiàn)錳中毒的現(xiàn)象，人體的生殖能力也會(huì)受影響，葡萄糖的耐量、智力發(fā)育、胰島素正常合成、分泌功能均會(huì)受到十分嚴(yán)重的影響。許多地質(zhì)學(xué)家在對(duì)地下水進(jìn)行勘察時(shí)，對(duì)錳元素的吸收不斷增加，出現(xiàn)錳中毒現(xiàn)象，危險(xiǎn)的嚴(yán)重性不能忽視。
三、地下水重金屬污染修復(fù)技術(shù)及其研究進(jìn)展
3.1 可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)
可滲透反應(yīng)墻技術(shù)也稱(chēng)PRB，是美國(guó)在20世紀(jì)80年代所提出的重金屬污染修復(fù)技術(shù)，是當(dāng)今歐美等國(guó)家在地下水重金屬修復(fù)中主要的技術(shù)手段之一。需要在污染區(qū)域設(shè)置一個(gè)活性反應(yīng)介質(zhì)被動(dòng)反應(yīng)區(qū)，如果重金屬污染過(guò)的水體經(jīng)過(guò)，地下水中的污染物就會(huì)與活性反應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，污染物會(huì)直接被降解、吸附、沉淀、去除，從而降低地下水中的重金屬含量，使地下水水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
使用PRB修復(fù)地下水重金屬污染，最終的修復(fù)效果與活性反應(yīng)介質(zhì)有直接關(guān)系。現(xiàn)如今，在PRB研究中，主要使用活性炭、微生物、FeO、泥炭等材料。這些活性反應(yīng)介質(zhì)通常都具備降解重金屬能力強(qiáng)、吸附性強(qiáng)等特點(diǎn)，并且可持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間，還不會(huì)產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。有關(guān)學(xué)者在使用PRB時(shí)，采用活性碳作為活性反應(yīng)介質(zhì)，并制作成地下水重金屬污染鎘元素的反應(yīng)吸附格柵。試驗(yàn)表明，活性炭對(duì)地下水中鎘元素吸附力最強(qiáng)時(shí)，通常要在較高的酸堿度且含鹽量低的條件下。
還有部分學(xué)者采用體積比例為1∶1∶0.5∶0.5的砂、錳、鋅、硒，去除率分別能夠達(dá)到92.9%、89.6%、90.2%、88.3%，效果十分明顯。
3.2 原位生物修復(fù)技術(shù)
生物修復(fù)技術(shù)作為當(dāng)今環(huán)保領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容，包括原位生物修復(fù)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)指在不破壞地下水生態(tài)的基礎(chǔ)上，將地下水中原有或通過(guò)人工培養(yǎng)的特定微生物群放入水體當(dāng)中，通過(guò)吸附、吸收、降解等作用，使地下水中的重金屬減少，并逐漸使地下水系統(tǒng)恢復(fù)到正常水準(zhǔn)，達(dá)到國(guó)家規(guī)定的指標(biāo)。生物修復(fù)技術(shù)相比其他技術(shù)，優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行、與其他修復(fù)技術(shù)配合使用、講解時(shí)間短、使用成本較低等。
原位生物修復(fù)技術(shù)在地下水重金屬污染處理方面上的應(yīng)用較為廣泛，并取得了很多研究成果。學(xué)者們?cè)谥亟饘賴(lài)?yán)重超標(biāo)的土壤和水體當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了很多可以讓鉻酸鹽、重鉻酸鹽產(chǎn)生無(wú)害反應(yīng)的微生物，例如芽孢桿菌、堿菌等微生物，鉻酸鹽與重鉻酸鹽在微生物的作用下可以讓之前的六價(jià)鉻轉(zhuǎn)變成為三價(jià)鉻，大大降低格的毒性。還有些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，趨磁細(xì)菌對(duì)去除水中重金屬具有明顯的效果，趨磁細(xì)菌可以吸收外來(lái)的鐵元素，并且在體內(nèi)可以形成具備磁性的鐵化合物。該方法使地下水中二價(jià)鐵、三價(jià)鉻、二價(jià)鎳等重金屬的去除率大大提高，平均在95%以上。
3.3 原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)
原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)是一種新型技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要利用了氧化還原反應(yīng)，用還原劑和水中的重金屬發(fā)生反應(yīng)，從而降低重金屬含量的一種原位修復(fù)技術(shù)。大體上可以分為原位化學(xué)氧化技術(shù)(ISCO)和原位化學(xué)還原技術(shù)(ICSR)。在ISCO技術(shù)使用當(dāng)中，主要是將氧化劑加入到水體中，這樣可讓重金屬產(chǎn)生氧化，形成毒性低、移動(dòng)性差的產(chǎn)物。當(dāng)今最為常見(jiàn)的氧化劑主要是二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等，如在修復(fù)三價(jià)碘地下污水中，可以加入氧化劑使三價(jià)碘變?yōu)槲鍍r(jià)碘，降低碘元素的毒性。三價(jià)碘的溶解度要高于五價(jià)碘，可以降低碘元素的遷移性。ICSR技術(shù)主要采用了化學(xué)修復(fù)藥劑所具備的還原性，對(duì)重金屬進(jìn)行還原、吸附、沉淀、隔離等，把地下水當(dāng)中重金屬還原為低價(jià)的物質(zhì)，這樣即可降低重金屬的毒性，提高穩(wěn)定性。通常ICSR應(yīng)用在鉻、砷重金屬修復(fù)當(dāng)中。原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)具備修復(fù)效率高、投入成本低、修復(fù)周期短等特性。之所以該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛，是因?yàn)榈叵滤杏卸喾N重金屬污染，修復(fù)一種重金屬可能造成另一種重金屬污染問(wèn)題。此外，氧化劑、還原劑是否對(duì)人體無(wú)害還需要進(jìn)一步考證。
四、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，地下水重金屬污染問(wèn)題直接關(guān)乎著人體健康以及生態(tài)環(huán)境，由于重金屬難以分解、可在生物體中富集、有劇毒，地下水結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需加強(qiáng)對(duì)重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究，結(jié)合修復(fù)技術(shù)推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，這樣才能夠充分發(fā)揮重金屬污染修復(fù)技術(shù)效能，提高地下水質(zhì)量。( >
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